DE933349C

DE933349C - Protection circuit, especially for underground operations

Info

Publication number: DE933349C
Application number: DES33699A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Bartknecht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-07-09
Filing date: 1953-06-05
Publication date: 1955-09-22

Description

Durch das Patent 930 879 ist eine Schutzschaltung vorgeschlagen worden, bei welcher zusätzliche Ädern, die in der Leitung den eigentlichen Speiseadern für die Verbraucher benachbart angeordnet sind, außer für die Zwecke der Überwachung auch für das Geben von Steuerkommandos ausgenutzt werden und am Anfang und Ende der Adern der zu überwachenden Leitung bzw. Lei tungs strecke je eine Gleichspannungsquelle von gegenüber der anderen verschiedenem Spannungswert vorgesehen ist für die Speisung einer Meßeinrichtung mit stromrichtungsabhängigem Ansprechorgan, wobei die stromrichtungsabhängige Steuerwirkung erreicht wird durch die Gegeneinanderschaltung der Spannungsquellen von verschieden hohem Spannungswert. Im Zusammenhang mit einer solchen Anordnung ist in dem Hauptpatent vorgeschlagen worden, an dem Ende der Leitung als Steuerspannungsquelle eine elektrische Speichereinrichtung vorzusehen, die durch die Spannungsquelle am Anfang der Leitung in einer bestimmten Schaltung aufgeladen! und dann durch Vornahme einer Umschaltung auf einen erhöhten Spannungswert für eine Steuerwirkung entladen wird. Für diese Zwecke ist eine Kondensatorbatterie benutzt worden. Dieser elektrische Energiespeicher ist seinem Wesen nach nur geeignet, über einen sehr kurzen Zeitraum elektrische Energie zu liefern. Es bedarf daher besonderer Einrichtungen, daß nach dem Geben eines Kommandos unter Be-By the patent 930 879 a protection circuit has been proposed in which additional Veins that are adjacent to the actual feeder veins for the consumer in the line are arranged, except for the purpose of monitoring, also for giving control commands be used and at the beginning and end of the wires of the line or line to be monitored a DC voltage source each voltage value different from the other is provided for the supply a measuring device with a response element that is dependent on the current direction, the current direction-dependent The control effect is achieved by connecting the voltage sources of different high voltage values. In connection with such an arrangement is in the Main patent has been proposed, at the end of the line as a control voltage source an electrical Provide storage device, which by the voltage source at the beginning of the line in charged with a specific circuit! and then by switching to an elevated one Voltage value is discharged for a control effect. For these purposes is a capacitor battery been used. This electrical energy storage is by its nature only suitable for to deliver electrical energy for a very short period of time. Special facilities are therefore required that after giving a command under

nutzung der Energie dieses Speichers das gegebene Kommando aufrechterhalten wird und trotzdem die Einrichtung wieder für Überwachungs- und Steuerzwecke mittels der am Anfang der zu überwachenden Leitung vorgesehenen Spannungsquelle, welche für die dauernde Lieferung elektrischer Energie geeignet ist, ausgenutzt werden kann. Erfindungsgemäß erweist es sich als vorteilhafter für die Wirkung einer solchen Einrichtung, wenn außer ίο der elektrischen. Energiespeichereinrichtung am Ende der Leitung auch noch für die stromabhängige Steuerung in der anderen Richtung eine besondere elektrische Energiequelle vorgesehen wird, welche geeignet ist, dauernd elektrische Energie zu liefern. Bei einer solchen Anordnung liegen also dann am Anfang und am Ende der zu überwachenden Leitung an den für die Überwachung und für Steuerzwecke benutzten Adern je eine Spannungsquelle, die für die dauernde Lieferung elektrischer Energie geeignet ist, wobei die am Ende der Leitung vorgesehene vorzugsweise einen höheren Spannungswert aufweist als die am Anfang der zu überwachenden Leitung vorgesehene. Tritt jetzt in einer solchen Anordnung ein äußerer Fehler auf zwischen dem Überwachungsleiter und dem Schutzleiter, so ergibt sich, daß jede der beiden genannten Spannungsquellen je einen Stromanteil über die Fehlerstelle liefert. Dieser Summenstrom über die Fehlerstelle kann dabei aber gegebenenfalls einen solchen Wert erreichen, der nicht mehr unterhalb der Stromgrenze liegt, die als Grenzwert einzuhalten ist, damit in der Anlage durch das Auftreten eines äußeren Fehlers, gegebenenfalls in den explosionsgefährdeten Räumen, keine zündfähigen Funken auftreten können.Using the energy of this memory, the given command is maintained and anyway the facility again for monitoring and control purposes by means of the at the beginning of the to be monitored Line provided voltage source, which for the permanent supply of electrical Energy is suitable, can be exploited. According to the invention, it proves to be more advantageous for the effect of such a device, if other than ίο the electrical. Energy storage device on At the end of the line there is also a special one for the current-dependent control in the other direction electrical energy source is provided which is suitable for continuously supplying electrical energy. With such an arrangement there are then at the beginning and at the end of the to be monitored Line to the wires used for monitoring and control purposes each have a voltage source that is responsible for the continuous supply of electrical Energy is suitable, the one provided at the end of the line preferably being higher Has voltage value than that provided at the beginning of the line to be monitored. Now step in such an arrangement, there is an external fault between the monitoring conductor and the protective conductor, so it follows that each of the two voltage sources mentioned each have a current component over the Error location supplies. This total current through the fault location can, however, possibly be a Reach such a value that is no longer below the current limit to be complied with as a limit value so that an external error occurs in the system, possibly in the explosive areas, no ignitable sparks can occur.

Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung eines solchen Mangels die Anordnung derart getroffen, daß die Spannungsquelle am Anfang der zu überwachenden Leitung lediglich benutzt wird für die Aufladung der elektrischen Energiespeicherquelle am Ende der Leitung und gegebenenfalls noch für eine Selbsthaltung bzw. Aufrechterhaltung des Kommandos, welches in der Anlage gegeben worden ist durch einen Steuervorgang, der durch eine Entladung der Energiespeicherquelle: am Ende der Leitung vorgenommen wurde. Sobald also das Kommando· über die elektrische Energiespeicherquelle gegeben worden ist, wird erfindungsgemäß die Spannungsquelle am Anfang der zu überwachendenLeitung von den zusätzlichenAdern der Leitung abgeschaltet. Nunmehr kann für planmäßige Steuerzwecke oder auch für Überwachungszwecke nur noch die Spannungsquelle am Ende der zu überwachenden Leitung mit ihrer vorgegebenen Spannung für die Bildung eines bestimmten maximalen Strom wertes bei den durch die Anlage vorgegebenen Verhältnissen wirksam werdem. Diese erfindungsgemäß benutzbare Anordnung hat noch den weiteren Vorzug, daß für die Steuerwirkung nunmehr nicht nur die Differenz der Spannungswerte der Spannungsquellen am Anfang und am Ende der beiden Leitungen wirksam wird, sondern nunmehr der Absolutwert der Spannungsquelle am Ende der Leitung nutzbar gemacht wird.According to the invention, in order to avoid such a defect, the arrangement is made in such a way that that the voltage source at the beginning of the line to be monitored is only used for the Charging of the electrical energy storage source at the end of the line and possibly also for a retention or maintenance of the command given in the system has been through a control process caused by a discharge of the energy storage source: am End of line was made. As soon as the command has been given via the electrical energy storage source, according to the invention the voltage source at the beginning of the line to be monitored from the additional wires the line switched off. Now only the voltage source at the end can be used for scheduled control purposes or for monitoring purposes the line to be monitored with its specified voltage for the formation of a certain maximum current value effective under the conditions specified by the system will. This inventive usable arrangement has the further advantage that for the The control effect is now not only the difference in the voltage values of the voltage sources on The beginning and the end of the two lines take effect, but now the absolute value of the Voltage source at the end of the line is made usable.

Für eine gute Wirkung einer erfindungsgemäßen Anordnung hat es sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, daß die von den Spannungsquellen, die für die dauernde Lieferung elektrischer Energie bestimmt sind, gelieferten Gleichspannungen mögliehst gut geglättet sind, denn es hat sich gezeigt, daß gepolte Relais gegenüber einer Speisung mit einer welligen Gleichspannung sehr empfindlich sind und schlecht halten.For an arrangement according to the invention to work well, it has also proven to be useful proved that that of the voltage sources responsible for the continuous supply of electrical energy are determined, supplied DC voltages are smoothed as well as possible, because it has been shown that that polarized relays are very sensitive to a supply with a ripple DC voltage are and hold bad.

Erfindungsgemäß wird daher für jede der Gleichspannungsquellen eine entsprechende Glättungsanordnung vorgesehen. Wegen des grundsätzlichen Aufbaues einer erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich in dieser Hinsicht eine Vereinfachung treffen, indem der elektrische Energiespeicher, der am Ende der zu überwachenden Leitung für Steuerzwecke vorgesehen ist, unmittelbar für die Zwecke einer Glättung der Gleichspannung herangezogen wird, die von der am Ende der Leitung vorgesehenen mit der Einschaltung der Verbraucherleitung wirksam werdenden elektrischen Energiequelle geliefert wird.According to the invention, there is therefore a corresponding smoothing arrangement for each of the DC voltage sources intended. Because of the basic structure of an arrangement according to the invention, a simplification can be made in this regard meet by the electrical energy storage, which is at the end of the to be monitored Line for control purposes is provided directly for the purpose of smoothing the DC voltage that is used by the one provided at the end of the line with the activation of the Consumer line effective electrical energy source is supplied.

Es ist bereits weiter oben darauf hingewiesen worden, daß ein polarisiertes Relais einwandfrei eine Schaltstellung nur dann einnimmt, wenn es über eine ausreichende Glättungseinrichtung der Spannungsquelle am Ende der Leitung gesteuert wird. Wird nämlich diese Glättungseinrichtung der am Ende der Leitung vorgesehenen Spannungsquelle abgeschaltet, so bedeutet das unmittelbar eine Steuerung des polarisierten Relais im Sinne seiner Abschaltung. Da aber an sich für die elektrische Speichereinrichtung am Ende der Leitung eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, um sie für eine Steuerwirkung durch ihre Entladung auszunutzen, kann diese Schalteinrichtung erfindungsgemäß nicht nur für diese Steuerzwecke, sondern unmittelbar auch für die Herbeiführung einer Steuerung in dem entgegengesetzten Sinne unmittelbar ausgenutzt werden.It has already been pointed out above that a polarized relay works properly only assumes a switch position if it has a sufficient smoothing device of the Voltage source at the end of the line is controlled. Namely, this smoothing device the The voltage source provided at the end of the line is switched off, this means immediately a control of the polarized relay in terms of its shutdown. But there in itself for the electrical Storage device at the end of the line a switching device is provided to it for utilizing a control effect through its discharge, this switching device can according to the invention not only for these tax purposes, but also directly for bringing about a Control can be used directly in the opposite sense.

Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung veranschaulicht die Figur der Zeichnung. In dieser bezeichnen 1, 2, 3 die Speiseleitungen eines Dreiphasensystems, von welchem über den Transformator 4 und die Leitungen 5, 6, 7 so- no wie das Schütz 8 die Speiseleitungen 9, 10, 11 für den Verbraucher 12 mit elektrischer Leistung beschickt werden. An den Leitungen 6 und 7 ist ein Transformator 13 angeschlossen für die Speisung der Gleichrichteranordnungen 14 und 15. Am Ende der zu überwachenden Leitung ist an die Hauptleiter 10 und 11 ein Transformator 16 angeschlossen für die Speisung der Gleichrichteranordnung 17. Gleichstromsei tig liegen an den Gleichrichteranordnungen der Überwachungsleiter 18 und der Schutzleiter 19. Im Zuge des Überwachungsleiters 18 liegen zwei B egrenzungswiderstände 20 und 21 sowie das gepolte Relais 22, dessen Schaltorgan mit 22^a bezeichnet ist und mit ruhenden Gegenkontakten 22^& und 22^C zusammenarbeitet. Der Gleichrichteranordnung 14 ist für Glättungs-An exemplary embodiment for the application of the invention is illustrated in the figure of the drawing. In this, 1, 2, 3 denote the feed lines of a three-phase system, from which the feed lines 9, 10, 11 for the consumer 12 are supplied with electrical power via the transformer 4 and the lines 5, 6, 7 as well as the contactor 8 . A transformer 13 is connected to lines 6 and 7 to feed the rectifier arrangements 14 and 15. At the end of the line to be monitored, a transformer 16 is connected to the main conductors 10 and 11 to feed the rectifier arrangement 17. DC-side tig are connected to the rectifier arrangements the monitoring conductor 18 and the protective conductor 19. In the course of the monitoring conductor 18 there are two limiting resistors 20 and 21 and the polarized relay 22, the switching element of ^{which is designated by 22 a} and which works together with stationary mating contacts 22 ^& 22 ^C. The rectifier arrangement 14 is for smoothing

zwecke der Kondensator 23 zugeordnet. Wie an den Ventilen der Gleichrichteranordnungen 14 und 17 zu erkennen ist, liefern die beiden Gleichrichteranordnungen gegeneinandergerichtete Gleichspannungen, die bei dem Ausführungsbeispiel vorzugsweise gleichen Wert haben können. An den Überwachungsleiter 18 und den Schutzleiter 19 sind über die beiden Leitungen 24 und 25 die Kondensatoren 27 und 28 und der Druckknopfschalter 26 angeschlossen, wobei in dieLeitung25 noch ein Schutzwiderstand 29 eingeschaltet ist. Je nachdem, ob sich der Druckknopfschalter in der rechten oder der linken Endschaltstellung befindet, sind die Kondensatoren in Reihe geschaltet oder zueinander parallel geschaltet. Das gepolte Relais 22 dient zur Steuerung des Hilfsrelais 30. Dieses ist mit Schaltkontakten 30° und 3ο⁶ versehen. Über den Schaltkontakt 3θ^δ wird die Gleichspannungsquelle 14 geschaltet. Über das Schaltorgan 30° wird die Speisung der Spule 8° des Schützes 8 gesteuert. Die Gleichrichteranordnung 15 liefert die Spannung für den Steuerkreis des Relais 30, welches durch das Schaltorgan des polarisierten Relais 22 gesteuert wird.assigned to the capacitor 23 purposes. As can be seen from the valves of the rectifier arrangements 14 and 17, the two rectifier arrangements supply oppositely directed DC voltages which, in the exemplary embodiment, can preferably have the same value. The capacitors 27 and 28 and the push-button switch 26 are connected to the monitoring conductor 18 and the protective conductor 19 via the two lines 24 and 25, with a protective resistor 29 also being connected in the line 25. Depending on whether the push button switch is in the right or left limit switch position, the capacitors are connected in series or connected in parallel to each other. The polarized relay 22 is used to control the auxiliary relay 30. This is provided with switch contacts 30 ° and 3ο ⁶ . The DC voltage source 14 is switched via the switching contact 3θ ^δ. The supply of the coil 8 ° of the contactor 8 is controlled via the switching element 30 °. The rectifier arrangement 15 supplies the voltage for the control circuit of the relay 30, which is controlled by the switching element of the polarized relay 22.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende. Mit der Einschaltung der Speiseleitungen 1, 2, 3 bzw. des Transformators 4 liegen die Gleichrichteranordnungen 14 und 15 über den Transformator 13 an Spannung. Hierdurch werden die Leitungen zu der elektrischen Energiespeichereinrichtung aus den beiden Kondensatoren 27 und 28 gespeist. Wird der Schalter 26 aus der dargestellten rechten Stellung, in welcher die Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, in die linke Endstellung gebracht, so werden dabei die Kondensatoren parallel geschaltet und bei der selbsttätigen Rückführung des Druckknopf schalters in die rechte Endschaltstellung in Reihe geschaltet, wodurch auf das Leitungssystem aus dem Überwachungsleiter 18 und dem Schutzleiter 19 eine elektrische Energie mit praktisch dem doppelten Spannungswert der Gleichspannungsquelle 14 gegeben und dadurch eine Steuerung des gepolten Relais 22 für die linke Schaltstellung seines Steuerorgans 22⁰ gegeben wird. Sobald das Schaltorgan 22^s auf 22⁶ geschaltet ist, ist der Steuerkreis für die Wicklung des Relais 30 von der Gleichspannungsquelle 15 gespeist, und das Relais schaltet ein. Seine obere Schaltbrücke schaltet die Speisung der Schützspule 8^a ein, die unmittelbar von der zwischen den Leitungen 6 und 7 bestehenden Hauptspannung gespeist ist. Die untere Schaltbrücke 3ο⁶ schaltet die Gleichrichteranordnung 14 ab. Mit dem Einlegen des Schützes 8 werden die Verbraucherleitungen 9 bis 11 eingeschaltet. Hierdurch wird die Gleichrichteranordnung 17 an Spannung gelegt über den Transformator 16. Nunmehr ist das Überwachungsleitersystem, bestehend aus dem Überwachungsleiter 18 und dem Schutzleiter 19, über die Gleichspannungsquelle 17 mit Gleichspannung beschickt. Parallel zu dieser Gleichspannungsquelle 17 liegen die beiden Kondensatoren 27 und 28 in Reihenschaltung nunmehr als Glättungskondensatoren. Tritt ein äußerer Fehler auf, sei es in Form einer Unterbrechung eines der Leitungszüge 18 und 19 oder inForm eines Schlusses zwischen beiden Leitungen, so fällt die Speisung aus in dem Stromkreis des gepolten Relais 22, der von der Gleichspannungsquelle 17 über das gepolte Relais und den Widerstand 31 verläuft, und das polarisierte Relais fällt selbsttätig ab. Hierdurch wird die Speisung des Relais 30 unterbrochen und, wie ohne weiteres zu übersehen ist, fällt dann das Schütz 8 ebenfalls ab. Nunmehr muß die Anlage erst wieder durch ein neues Kommando vorbereitet werden. Dieses Kommando kann aber erst gegeben werden, wenn der Schaden behoben ist, denn vorher ist eine Aufladung des elektrischen Energiespeichers in Form der Kondensatoren 27 und 28 nicht möglich.The mode of operation of the arrangement is as follows. When the feed lines 1, 2, 3 or the transformer 4 are switched on, the rectifier arrangements 14 and 15 are connected to voltage via the transformer 13. As a result, the lines to the electrical energy storage device are fed from the two capacitors 27 and 28. If the switch 26 is moved from the illustrated right position, in which the capacitors are connected in series, to the left end position, the capacitors are connected in parallel and, when the push-button switch is automatically returned to the right end position, connected in series, whereby on the line system from the monitoring conductor 18 and the protective conductor 19 is given an electrical energy with practically twice the voltage value of the direct voltage source 14 and thereby a control of the polarized relay 22 for the left switching position of its control member 22 ^{0 is} given. As soon as the switching element 22 ^{s is switched} to 22 ⁶ , the control circuit for the winding of the relay 30 is fed from the DC voltage source 15, and the relay switches on. Its upper switching bridge switches on the supply of the contactor coil 8 ^a , which is fed directly from the main voltage existing between the lines 6 and 7. The lower switching bridge 3ο ⁶ switches off the rectifier arrangement 14. When the contactor 8 is inserted, the consumer lines 9 to 11 are switched on. As a result, voltage is applied to the rectifier arrangement 17 via the transformer 16. The monitoring conductor system, consisting of the monitoring conductor 18 and the protective conductor 19, is now supplied with direct voltage via the DC voltage source 17. In parallel with this DC voltage source 17, the two capacitors 27 and 28 are now connected in series as smoothing capacitors. If an external error occurs, be it in the form of an interruption in one of the cable runs 18 and 19 or in the form of a short between the two lines, the supply in the circuit of the polarized relay 22, the one from the DC voltage source 17 via the polarized relay and the Resistor 31 runs, and the polarized relay drops automatically. As a result, the supply of the relay 30 is interrupted and, as can easily be overlooked, the contactor 8 then also drops out. Now the system must first be prepared again with a new command. This command can only be given when the damage has been repaired, because the electrical energy storage device in the form of the capacitors 27 and 28 cannot be charged beforehand.

Zweckmäßig wird der Schalter 26 derart ausgebildet, daß er außer den beiden Endstellungen noch eine Zwischenstellung aufweist, wie es durch die strichpunktierten Linien für die Schaltorgane angedeutet ist. Diese Zwischenstellung kann beispielsweise gewonnen werden durch ein Rastensystem für diese Mittelstellung. Beim Drücken des Druckknopfes läßt sich also z. B. der Schalter zunächst nur bis in die Mittelstellung überführen, wonach es gegebenenfalls einer gesteigerten Kraft bedarf, um den Schalter weiter in die rechte Endstellung überzuführen. Die Anordnung läßt sich aber auch z. B. derart treffen, daß, nachdem der Schalter in, die Mittelstellung gebracht worden ist, es einer bestimmten Verstellung des Betätigungsgriffes, z. B. einer Drehbewegung, bedarf, damit der Schalter weiter in die rechte Endstellung übergeführt werden kann. Diese Mittelstellung ist nun erfindungsgemäß Steuerstelle. Werden nämlich die Schaltorgane aus der rechten Endstellung, in welcher die Kondensatoren als Glättungskondensatoren wirksam sind, in die Mittelstellung gebracht, wobei sie also nicht als Schaltbrücken wirken, so sind die Glättungskondensatoren abgeschaltet, und die Gleichspannungsquelle: 17 liefert dann nur eine wellige Gleichspannung, die aber nicht mehr in der Lage ist, das gepolte Relais in seiner angezogenen Stellung zu halten.The switch 26 is expediently designed in such a way that, in addition to the two end positions still has an intermediate position, as indicated by the dash-dotted lines for the switching elements is indicated. This intermediate position can be obtained, for example, by a detent system for this middle position. When you press the push button can be z. B. the switch first only transfer to the middle position, after which there is possibly an increased force required to move the switch further into the right end position. The arrangement can be but also z. B. meet in such a way that, after the switch has been brought into the middle position, there is a certain adjustment of the operating handle, z. B. a rotary movement, so that the switch can be moved further into the right end position. This middle position is now according to the invention control station. Namely, the switching elements from the right end position, in which the capacitors are effective as smoothing capacitors, brought into the middle position, where they do not act as switching bridges, the smoothing capacitors are switched off, and the DC voltage source: 17 then only supplies a wavy DC voltage, but the is no longer able to hold the polarized relay in its attracted position.

32 bezeichnet einen Begrenzungswiderstand und ein Ventil oder eine Gleichspannungsquelle eigener EMK in der Leitung zwischen Schutzleiter und Sternpunkt der Sekundärwicklung des Transformators für das Überwachungssystem der Anordnung auf innere Fehler, d. h. einen entstehender! Schluß zwischen einem Verbraucherspeiseleiter und dem Schutz- oder Überwachungsleiter, wobei das Überwachungsorgan des Systems ebenfalls, unmittelbar durch das gepolte Relais gebildet wird.32 denotes a limiting resistor and a valve or a DC voltage source of its own EMF in the line between the protective conductor and the star point of the secondary winding of the transformer for the internal fault monitoring system of the arrangement, d. H. an emerging one! No more between a consumer feeder and the protective or monitoring conductor, whereby the monitoring organ of the system is also formed directly by the polarized relay.

Claims

Patent claims:

i. Protective circuit, especially for underground operations, whereby in addition to the consumer cores, additional cores for control and monitoring purposes and at the beginning and end of these wires each a voltage source for the creation of two different tax

Effects are provided for command-based or monitoring-based control, according to patent 930 879, characterized in that when using a permanent for the Supply of electrical energy suitable voltage source at the beginning of the line and one of this charged electrical energy storage device for control purposes at the other end of the line at this end there is also a permanent electrical supply Energy suitable voltage source is provided, which with the switching on of the to be monitored consumer line is effective, and practically at the same time the electrical Voltage source is switched off at the beginning of the cable run.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the for continuous delivery Electric energy suitable rectifier arrangements wired with smoothing agents are.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that as a means for Smoothing the voltage of the rectifier arrangement used at the end of the line Capacitors of the electrical energy storage device are used or used.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the device for Switching the capacitors of the electrical energy storage arrangement set up in this way is that they use the capacitors of this device as smoothing means from the rectifier arrangement switches off at the end of the line, so that this is only an unsmoothed voltage supplies for a tax effect.

For this. 1 sheet of drawings